Об авторах

Авторский коллектив сотрудни­ков ООО «СКБ Стройприбор», г. Челябинск:

 

 

 

 

 

 

 

 

Гулунов Владимир Васильевич (справа)

Директор

Мотовилов Анатолий Валенти­нович (слева)

Главный метролог

Гершкович Григорий Борисович  

Заместитель директора

 

В последние годы отмечается значи­тельный рост производства и примене­ния средств НК строительной продукции, что обусловлено расширением сферы их применения и постоянно растущи­ми потребностями отрасли. Благодаря высокой производительности НК его преимущества становятся очевидными при обследовании зданий и сооруже­ний, когда неизвестны характеристики бетона и арматуры, а объемы контроля значительны.

Для оценки состояния конструкций зданий и сооружений необходим всесто­ронний анализ факторов, влияющих на их эксплуатационные характеристики,

-   прочность бетона, защитный слой и диаметр арматуры, теплопроводность и влажность бетона, адгезия защитных и облицовочных покрытий, морозостой­кость и водонепроницаемость бетона и др. В этом ряду контроль прочности бетона занимает особое место, посколь­ку при оценке состояния конструкции определяющим фактором является соот­ветствие фактической прочности бетона проектным требованиям.

Для НК прочности бетона использу­ются приборы, реализующие методы местных разрушений (отрыв со скалыва­нием, скалывание ребра, отрыв стальных дисков), ударного воздействия на бетон (ударный импульс, упругий отскок, пласти­ческая деформация) и ультразвукового прозвучивания. При обследовании моно­литных конструкций и больших массивов бетона применение ударно-импульсных и ультразвуковых приборов должно соче­таться с испытаниями бетона методами отбора образцов (кернов), отрыва со скалыванием или скалывания ребра с определением коэффициента К_с совпаде­ния градуировочных зависимостей.

Достоверность НК прочности бетона зависит от ряда факторов:

-   наличия программы и методики про­ведения испытаний (выбор участков испытаний и их количества, учет со­стояния поверхности, возраста, усло­вий твердения бетона);

-   оптимального выбора метода (мето­дов) контроля и приборов, обеспечи­вающих НК в соответствии с програм­мой испытаний;

 

Рис. 1. Градуировочные зависимости для разных методов: 1 - отрыва (диаметр диска 60 мм); 2 - скалывания ребра (фрагмент до 20 мм); 3,4 - отрыва со скалыванием с анкерами типа II Ø16 х 35 мм и Ø24х 48 мм соответственно

-   правильного подхода к определению класса бетона с учетом изменчиво­сти прочности бетона конструкции (группы конструкций);

-   уточнения градуировочных характери­стик применяемых приборов и нали­чия метрологического обеспечения.

Правильность учета перечисленных факторов и дальнейшей оценки ре­зультатов НК зависят от квалификации персонала, осуществляющего контроль. Можно иметь качественные результаты испытаний бетона отдельных участков или конструкций, но при недостаточном объеме контроля определение коэф­фициента вариации прочности и, со­ответственно, класса бетона окажется ошибочным.

Наиболее сложными для контроля конструкций являются случаи, когда бетон подвергается воздействию агрессив­ных факторов: химических (соли, кислоты, масла и др.), термических (высокие температуры, замораживание в раннем возрасте либо переменное замораживание и от­таивание в водоненасыщенном состоянии), атмосферных (карбонизация поверхностного слоя). Эти факторы воздей­ствуют, в первую очередь, на поверхностные слои бетона, в связи с чем при обследовании необходимо визуально, простукиванием либо смачиванием раствором фенолфта­леина (случаи карбонизации бетона) выявить поверхност­ный слой с нарушенной структурой.

Подготовка бетона таких конструкций для испытаний не- разрушающими методами заключается в удалении поверх­ностного слоя на участке контроля и зачистке поверхности наждачным камнем. Прочность бетона конструкций в этих случаях необходимо определять преимущественно прибо­рами, основанными на методах местных разрушений, либо путем отбора образцов. При использовании же ударно-импульсных и ультразвуковых приборов контролируемая поверхность должна иметь шероховатость не более R_a 25, а градуировочные характеристики приборов уточнены в соответствии с Приложением 9.

При выборе методов НК и приборов для проведения испытаний бетона пользователь должен знать их особен­ности и рекомендуемые области применения. Достаточно полно методы НК классифицированы Б. Г. Скрамтаевым и М. Ю. Лещинским, в их работах даны рекомендации по выбору методов и средств НК в зависимости от вида контролируемого изделия и условий его эксплуатации.

С начала 1990-х гг. активно ведется разработка и про­изводство приборов НК нового поколения с применением электроники и микропроцессорной техники, наращиваются их функциональные возможности; однако, методики кон­троля, разработанные авторами ГОСТ 22690, не претерпе­ли существенных изменений и остаются основой развития средств НК в отрасли.

Особого внимания заслуживают методы, которые часто называют методами местных разрушений и которые обе­спечивают большую точность по сравнению с другими методами НК:

•  отрыва со скалыванием;
•  отрыва стальных дисков;
•  скалывания ребра.

Первый метод характеризуется наибольшей точностью, но и наибольшей трудоемкостью испытаний из-за необхо­димости подготовки шпуров для установки анкера. Недо­статком является также невозможность его использования в густоармированных и тонкостенных конструкциях.

Второй метод может применяться в густоармированных конструкциях, когда метод отрыва со скалыванием, а не­редко и метод скалывания ребра конструкции (с учетом его ограничений) не могут быть использованы. Он точен и менее трудоемок по сравнению с первым методом. К его недостаткам следует отнести необходимость наклеивания дисков за 3 - 24 часа до начала испытания (в зависимости от применяемого клея).

Третий метод используется, главным образом, для кон­троля линейных элементов (сваи, колонны, ригели, балки, перемычки и т. п.). В отличие от первых двух методов он не требует подготовительных работ. Од­нако при защитном слое менее 20 мм и повреждениях защитного слоя этот метод неприменим.

Вид типовых градуировочных зависи­мостей R_сж от усилия Р для методов мест­ных разрушений приведен на рис. 1.

СКБ «Стройприбор» производит сер­тифицированные приборы типов ПОС- 50МГ4, П0С-30МГ4 «Скол» и П0С-50МГ4 «Скол», обеспечивающие испытание бе­тона методами отрыва со скалыванием,

скалывания ребра и отрыва стальных дисков, а также приборы типов ИПС- МГ4.01, ИПС-МГ4.03, реализующие метод ударного импульса, и прибор П0С-2МГ4П, предназначенный для ис­пытания ячеистых бетонов методом вырыва спирального анкера.

Приборы типа ПОС состоят из силовозбудителя и электронного блока и комплектуются анкерами типа II Ø 24х30 мм, Ø 24х48 мм и Ø 16 х 35 мм с предельным усилием вырыва 30 кН (П0С-30) и 50 кН (П0С-50), что позволя­ет производить испытание бетона прочностью до 100 МПа. Погрешность определения усилия не более ± 2 %. 0тличительной особенностью приборов являются электронный силоизмеритель, обеспечивающий индикацию текущего значения приложенной нагрузки с фиксацией максимального значения, индикацию скорости нагружения, и микрометрическое устройство для измерения величины проскальзывания анкера в процессе испытаний. Ввод исходных данных (вид и условия твердения бетона, типоразмер анке­ра) осуществляется с клавиатуры приборов, при этом обеспечивается выбор коэффициентов для автоматического вычисления прочности бетона по результатам нагружения (вырыва фрагмента бетона). Силовозбудители приборов типа П0С имеют различное конструктивное исполнение, отличающееся устройством механизма нагружения и количеством опор.

Прибор П0С-50МГ4-Р (рис. 2) оснащен мало­габаритным червячным редуктором, обеспе­чивающим равномерное нагружение анкера и малое усилие на рукояти. Комплектуется устрой­ством для испытаний методом скалывания ребра конструкций с гранью до 450 мм.

Прибор П0С-50МГ4-2 (рис. 3) имеет две опоры, минимальные массогабаритные характеристики и может применяться для испытания бе­тона изделий цилиндрической формы, когда при­менение трехопорных приборов ограничено.

  Для получения качественных изме­рений методом отрыва со скалыванием отверстие для заложения анкера долж­но быть не ближе 70 мм от ближайшего арматурного стержня и не ближе 150 мм от края изделия, а величина проскальзы­вания анкера при вырыве должна кон­тролироваться с погрешностью не более ± 0,1 мм и составлять не более 10 % глубины его заложения. Полученное по результатам испытаний усилие вырыва фрагмента бетона должно корректиро­ваться умножением на коэффициент γ, учитывающий величину ∆h проскаль­зывания анкера: γ = h_н²/(h_н - ∆h)², где h_н  - длина анкера. Пренебрежение проскальзыванием анкера может при­водить к дополнительной погрешности при определении прочности бетона до 20 % в сторону ее занижения. Испыта­ния методом отрыва со скалыванием должны производиться в соответствии с рекомендациями.

Испытания бетона методом отрыва стальных дисков могут производиться любым из приборов П0С-30(50)МГ4, либо адгезиметром типа ПС0-10МГ4 (рис. 4) с предельным усилием отрыва 10 кН. Метрологические характеристики приборов типа П0С и ПС0 обеспечива­ются образцовыми динамометрами типа Д0РМ на 10, 30 и 50 кН.

0пределение глубины залегания ар­матуры и ее расположения в бетоне при подготовке к испытаниям методом отрыва со скалыванием должно произ­водиться измерителем защитного слоя бетона, например ИПА-МГ4 (рис. 5), име­ющим диапазон определения защитного слоя 3 - 100 мм в стержнях диаметром 3 - 40 мм с погрешностью до ± 7 %.

Для контроля прочности ячеистых бе­тонов в диапазоне 0,5 - 8 МПа разрабо­тан прибор П0С-2МГ4-П (рис. 6), осно­ванный на методе вырыва спирального анкера. Прибор обеспечивает испытания бетона с предельным усилием вырыва 2 кН (погрешность до ± 3 %). Установка анкера осуществляется специальным устройством, обеспечивающим постоян­ный шаг ввинчивания в тело бетона.

В отличие от методов местных раз­рушений, приборы, основанные на удар­но-импульсном воздействии на бетон, имеют большую производительность, однако, контроль прочности бетона ве­дется в поверхностном слое толщиной 25 - 30 мм, что ограничивает их при­менение; в упомянутых выше случаях необходима зачистка поверхности кон­тролируемых участков бетона или уда­ление поврежденного поверхностного слоя. Применение этих приборов для НК прочности и однородности бетона в воз­расте до 100 суток не вызывает особых сложностей, если контролируемые по­верхности образованы металлической опалубкой. НК прочности бетона на заво­дах ЖБИ и в строительных лабораториях, как правило, осуществляется после при­ведения градуировочных зависимостей приборов в соответствие с фактической прочностью бетона по результатам ис­пытания контрольных партий кубов  в прессе.

 

Аналогичные испытания прибора ИПС-МГ4.03 проводились в НТЦ «Качество», г. Николаев (Украина) на кубах из тяжелого бетона класса В25 (шесть серий по три куба). По результатам испытаний был установлен коэффициент совпа­дения К_с = 0,84 используемой градуировочной зависимости (тяжелый бетон на граните, воз­раст 28 суток, ТВ0). Фактическая прочность бетона в сериях составила 32,8 - 38,9 МПа и соответствовала заявленному классу бетона при коэффициенте вариации 13,5 %. Полученный ко­эффициент К_с был введен в программное устрой­ство прибора, и испытания были продолжены на двух контрольных сериях образцов с целью проверки уточненной градуировочной зависимо­сти. Прибор воспроизвел прочность бетона с по­грешностью 1,2 и 3,1 % соответственно. 0смотр разрушенных кубов всех серий показал наличие в растворной части бетона многочисленных глинистых включений размером до 10 - 12 мм. 0писанный случай является достаточно редким (при правильно выбранной градуировочной зависимости коэффициент К_с изменяется, как правило, в пределах 0,88 - 1,12) и объясняет­ся применением при изготовлении бетона не­качественного песка с большим содержанием глинистых включений.

Применение ударно-импульсных и ультразвуковых приборов на объектах строительства и при обследовании экс­плуатируемых конструкций, когда нет возможности уточнить градуировочную зависимость испытанием кубов в прес­се, сопряжено с существенными ошибка­ми при определении прочности бетона.

 

Опыт ведущих специалистов по НК прочности бетона показывает, что в базовый комплект при проведении об­следований должны входить приборы, основанные на разных методах контро­ля: отрыв со скалыванием (скалывание ребра), ударный импульс (упругий отскок, пластическая деформация), ультразвук, а также измерители защитного слоя и влажности бетона и оборудование для отбора образцов из конструкции.

Экспериментальные исследования, проводившиеся с целью установления корреляции косвенной характеристики приборов типа ИПС, откалиброванных на бетонах с гранитным щебнем, с проч­ностью бетона, изготовленного на дру­гих видах крупного заполнителя (гравий, граншлак, известняк, керамзит, речной песок), показали, что погрешность определения прочности бетона может достигать 27 % (керамзитобетон). Влия­ние возраста (до 100 суток) и условий твердения бетона не столь существенны и могут составлять 4 - 6 % измеряемого значения прочности. Контроль влажных поверхностей может приводить к заниже­нию показаний приборов до 10 - 15 %.

Полученные результаты свидетель­ствуют, что НК прочности бетона прибо­рами с универсальной градуировочной зависимостью может приводить к суще­ственным ошибкам. Поэтому уточнение градуировочных зависимостей при из­менении вида бетона (заполнителя) либо поставщика бетона (железобетонных из­делий) является обязательным условием применения как приборов, основанных на ударно-импульсном воздействии на бетон, так и ультразвуковых приборов. Уточнение градуировочной зависимости

необходимо производить путем парал­лельных испытаний бетонных кубов в прессе и калибруемым прибором либо с применением метода отрыва со ска­лыванием в соответствии с Приложе­нием 9.

 

В СКБ «Стройприбор» разработаны новые измерители прочности бетона ИПС-МГ4.01 и ИПС-МГ4.03 (рис. 7, 8), являющиеся дальнейшим развитием базовой модели ИПС-МГ4, выпу­скавшейся с 1994 г. Приборы предназначены для оперативного контроля прочности бетона в диапазоне 3 - 100 МПа при изготовлении сборных железобетонных конструкций и при об­следовании конструкций зданий и сооружений. В отличие от предыдущих модификаций и известных аналогов приборы оснащены дополнительными функциями: ввода коэффициента совпадения К для оперативного уточнения базовых градуировочных характеристик; маркировки измерений типом контролируемого изделия (балка, плита, ферма и т. д.); вычисления класса бетона с возможностью выбора коэффициента вариации прочности; исключения ошибочного промежу­точного значения. Эти функции, а также выбор направления удара активируются пользова­телем с клавиатуры приборов в диалоговом режиме. Прибор ИПС-МГ4.03 имеет 44 базовые градуировочные зависимости, учитывающие вид контролируемого бетона (крупного заполнителя), возраст и условия твердения бетона. Погреш­ность определения прочности бетона составляет 5 - 8 %. Чем больше исходных данных, характе­ризующих бетон, известно пользователю и, соответственно, введено перед началом испытаний, тем эта погрешность ниже.

Измерение прочности бетона осуществляется путем нанесения на контролируемом участке из­делия серии до 15 ударов, после чего электронный блок по параметрам ударного импульса, поступаю­щего от склерометра, оценивает твердость и упругопластические свойства материала, преобразует параметр импульса в прочность и вычисляет соответствующий класс бетона. Полученные результаты измерений и исходные данные, вводимые пользова­телем, автоматически архивируются, маркируются датой и временем измерения. Объем архивируе­мой информации - 1000 результатов измерений и 15000 промежуточных значений прочности.

Предусмотрена возможность ввода в программ­ное устройство приборов характеристик индивиду­альных градуировочных зависимостей, установ­ленных пользователем (в приборах ИПС-МГ4.03 и ИПС-МГ4.01 - 20 и 9 соответственно). Ввод этих характеристик производится с клавиатуры прибора, при этом базовая зависимость корректируется по результатам параллельных испытаний бетонных образцов в прессе (либо методом отрыва со ска­лыванием) и прибором.

Корректировка базовой зависимости может производиться при количестве точек корректиров­ки от 1 до 9. Координата каждой из точек индивиду­альной градуировочной зависимости определяется коэффициентом совпадения К_с = R_Ф./R_Н., где R_Ф. и R_Hi - средние значения прочности бетона, определяемые в г-й точке диапазона соответ­ственно по ГОСТ 10180 (либо методом отрыва со скалыванием), и прибором по базовой градуировочной зависимости.

Приборы имеют режим передачи данных на ПК, обеспечивающий математическую и статисти­ческую обработку результатов измерений, экспорт в Excel, печать в табличном виде с указанием вводимых пользователем исходных данных, даты и времени измерений.

Метрологические характеристики при­боров обеспечиваются эквивалентными мерами, аттестованными Госстандартом РФ, воспроизводящими прочность бето­на в трех точках диапазона.